NO870205L

NO870205L - OEREMIKROFON.

Info

Publication number: NO870205L
Application number: NO870205A
Authority: NO
Inventors: James M Rosenthal
Original assignee: Acr Electronics
Priority date: 1985-06-04
Filing date: 1987-01-16
Publication date: 1987-01-16
Also published as: KR880700608A; DK54687D0; DK54687A; EP0223835A1; WO1986007517A1; EP0223835A4; KR900002650B1; US4696045A

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN.BACKGROUND OF THE INVENTION.

1. OPPFINNELSENS OMRÅDE.1. SCOPE OF THE INVENTION.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører mikrofoner og mer spe-sielt øremikrofoner av vibrasjons-pickuptypen som mottar lyd gjennom benleding. The present invention relates to microphones and more specifically ear microphones of the vibration pickup type which receive sound through bone conduction.

2. OMTALE AV KJENT TEKNIKK.2. DISCUSSION OF PRIOR ART.

Det høye støynivå som forekommer i mange omgivelser, f.eks. på fabrikkgulv, og i cockpiter i små fly eller på motorsyk-ler, f.eks. forhindrer bruken av vanlige mikrofoner for kom-munikasjon ved hjelp av f.eks. intercom eller radio, fordi vanlige mikrofoner plukker opp støyen som gjør tale vanske-lig å forstå. Videre vil en person som arbeider i slike omgivelser, ofte ikke kunne fritt bruke sine hender. I fa-brikken kan personen arbeide med sine hender, og under flyv-ning av et fly eller kjøring av et motorkjøretøy, vil før-eren selvsagt trenge hendene for styring av flyet eller mo-torkjøretøyet. Følgelig er det i disse og lignende omgivelser ønskelig med mikrofoner som man ikke trenger å holde, og som ikke er følsomme overfor omgivelsesstøy. Øremikrofoner av vibrasjons-pickuptypen er kjent hvor de passes inn i den ytre hørekanal av øret til brukeren for å plukke opp brukerens stemme som blir ledet gjennom hans knok-ler eller ben til den ytre hørekanalvegg. En alik øremikrofon er omtalt og anskueliggjort i US patentskrift 4.150.262. The high noise level that occurs in many environments, e.g. on factory floors, and in cockpits in small planes or on motorcycles, e.g. prevents the use of ordinary microphones for communication using e.g. intercom or radio, because ordinary microphones pick up the noise that makes speech difficult to understand. Furthermore, a person working in such an environment will often not be able to use their hands freely. In the factory, the person can work with his hands, and while flying a plane or driving a motor vehicle, the driver will of course need his hands to control the plane or motor vehicle. Consequently, in these and similar environments it is desirable to have microphones that do not need to be held, and which are not sensitive to ambient noise. Ear microphones of the vibrating pickup type are known where they are fitted into the external auditory canal of the user's ear to pick up the user's voice which is conducted through his bones or bones to the external auditory canal wall. A similar ear microphone is discussed and illustrated in US Patent 4,150,262.

Slike anordninger vil imidlertid plukke opp en vesentlig del av omgivende akustisk energi. Videre vil tilsmussing av fuktighet eller annen forurensning kunneødelegge mikrofonen. Dessuten kan slike anordninger bli meget ukom-fortable i brukerens øre etter lang tids bruk. However, such devices will pick up a significant part of ambient acoustic energy. Furthermore, soiling with moisture or other contamination could destroy the microphone. Moreover, such devices can become very uncomfortable in the user's ear after long-term use.

Således er det en hensikt med den foreliggende oppfinnelseThus there is a purpose of the present invention

å skaffe en mikrofon av den type som er konstruert for å kunne føres inn i hørekanalen hos brukeren for å fremskaffe to provide a microphone of the type designed to be inserted into the user's ear canal to provide

et elektrisk signal som avledes fra brukerens stemme eller andre vibrasjoner. an electrical signal derived from the user's voice or other vibrations.

Enda en hensikt med oppfinnelsen er å skaffe en øremikrofon som effektivt demper omgivelses-akustisk energi for kansel-lering av omgivelsesstøy. Yet another purpose of the invention is to provide an ear microphone which effectively dampens ambient acoustic energy for cancellation of ambient noise.

Det er videre en annen hensikt med oppfinnelsen å skaffe en øremikrofon som er behagelig selv etter lang tids bruk i brukerens ører. It is also another purpose of the invention to provide an ear microphone that is comfortable even after long periods of use in the user's ears.

Videre er det en hensikt med oppfinnelsen å fremskaffeFurthermore, it is a purpose of the invention to provide

en øremikrofon som ikke påvirkes av fuktighet og omgivende nedsmussing. an ear microphone that is not affected by moisture and ambient contamination.

OMTALE AV OPPFINNELSEN.DISCLOSURE OF THE INVENTION.

I henhold til en illustrerende utførelsesform som angir hensiktene og trekkene ved den foreliggende oppfinnelse, er der fremskaffet enøremikrofon for innføring i den yt-re hørekanal i øret av en bruker for opptak av brukerens stemme, eller andre vibrasjoner, via benledning i brukerens legeme. Øremikrofonen innbefatter en elektroakustisk transduser som skaffer et elektrisk signal som reager-er på mekanisk vibrasjon. Transduseren er omgitt av et halvmykt stoff som innelukker transduseren og demper luftbåret støy som ellers ville bli diktert av den elektroakustiske transduser. Det halvbløte stoff gir dessuten mikrofonen en avtetting mot vann, og skaffer et komfort-abelt hus som svarer til brukerens ytre hørekanal. Denne korte omtale, såvel som ytterligere hensikter, trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil bli bedre forstått fra den følgende detaljerte beskrivelse av en for tiden foretrukken, men ikke-begrensende illustrerende utførelsesform for oppfinnelsen, tatt i sammenheng med de vedføyde tegningsfigurer. According to an illustrative embodiment which indicates the purposes and features of the present invention, a one-ear microphone is provided for insertion into the outer auditory canal in the ear of a user for recording the user's voice, or other vibrations, via bone conduction in the user's body. The ear microphone includes an electroacoustic transducer that provides an electrical signal that responds to mechanical vibration. The transducer is surrounded by a semi-soft material that encloses the transducer and dampens airborne noise that would otherwise be dictated by the electroacoustic transducer. The semi-soft material also seals the microphone against water, and provides a comfortable housing that corresponds to the user's external ear canal. This brief description, as well as further purposes, features and advantages of the present invention will be better understood from the following detailed description of a presently preferred, but non-limiting, illustrative embodiment of the invention, taken in conjunction with the attached drawings.

KORT OMTALE AV TEGNINGSFIGURENE.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING FIGURES.

Figur 1 er et sideriss av øremikrofonen i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er et tverrsnitt tatt etter linjen 2-2 på figur 1. Figur 3 er et tverrsnitt tatt etter linjen 3-3 på figur 1. Figur 4 er et utspilt riss som viser sammenstilling av elementer ved den foreliggende oppfinnelse. Figure 1 is a side view of the ear microphone according to the present invention. Figure 2 is a cross-section taken along the line 2-2 in Figure 1. Figure 3 is a cross-section taken along the line 3-3 in Figure 1. Figure 4 is an exploded view showing the assembly of elements of the present invention.

OMTALE AV FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER.DISCUSSION OF PREFERRED EMBODIMENTS.

Idet der henvises til figur 1, 2, 3 og 4, viser figur 1With reference to figures 1, 2, 3 and 4, figure 1 shows

et ytre riss av mikrofonen 10 i henhold til den foreliggende oppfinnelse, hvor et hus 11 og et element 12 innelukker et elektroakustisk transduserelement 15. En kabel 14 strekker seg inn i huset 11 for forbindelse med for-sterkerkretsen 16, som også er anordnet inne i huset 11. Forsterkeren 16 som kan være en halvlederanordning eller montert på et trykt kretskort 17, er på sin side forbund-et med transduserelementet 15. Det elektriske signal fra mikrofonen 10 blir båret av kabelen 14 for ytterligere behandling, f.eks. forsterkning og reproduksjon. Et lokk 13 er plassert ved den bakre ende av huset 11 for å danne et lukke for huset 11. Huset 11 og lokket 13 kan være av et stivt materiale, f.eks. hard plast. an external view of the microphone 10 according to the present invention, where a housing 11 and an element 12 enclose an electroacoustic transducer element 15. A cable 14 extends into the housing 11 for connection with the amplifier circuit 16, which is also arranged inside the housing 11. The amplifier 16, which can be a semiconductor device or mounted on a printed circuit board 17, is in turn connected to the transducer element 15. The electrical signal from the microphone 10 is carried by the cable 14 for further processing, e.g. amplification and reproduction. A lid 13 is placed at the rear end of the housing 11 to form a closure for the housing 11. The housing 11 and the lid 13 can be of a rigid material, e.g. hard plastic.

Figur 2 er et tverrsnitt tatt etter linjen 2-2 på figur 1, og viser indre elementer av øremikrofonen 10. Disse elementer innbefatter mikrofontransduserelementet 15 som kan være et piezoelektrisk bimorft element av typen "bender-mode". Slik det vil fremstå klart for fagfolk på området, kan der brukes elektroakustiske transduserelementer forskjellige fra piezoelektriske elementer. Dessuten kan der brukes piezoelektriske elementer som er forskjellige fra "bender-mode" eller bimorfe elementer. Generelt, slik det fremgår av den kjente teknikk, er bimorfe elementer som består av to eller flere lag av krystallelementer med en elektrode der imellom, opptil 15 ganger mer følsomme enn "unimorfe" elementer. Selv om piezoelektriske elementer av "twister-mode"-typen kan også benyttes, vil piezoelektriske elementer av "bender-mode"-typen, slik det er omtalt ovenfor, være mer følsomme med hensyn til mekaniske vibrasjoner som finnes i den ytre hørekanal i øret. Figure 2 is a cross-section taken along the line 2-2 in Figure 1, and shows internal elements of the ear microphone 10. These elements include the microphone transducer element 15 which may be a piezoelectric bimorph element of the "bender-mode" type. As will be clear to those skilled in the art, electroacoustic transducer elements other than piezoelectric elements can be used. In addition, piezoelectric elements that differ from "bender-mode" or bimorph elements can be used. In general, as seen in the prior art, bimorph elements consisting of two or more layers of crystal elements with an electrode in between are up to 15 times more sensitive than "unimorph" elements. Although "twister-mode" type piezoelectric elements can also be used, "bender-mode" type piezoelectric elements, as discussed above, will be more sensitive to mechanical vibrations present in the external auditory canal of the ear .

Forsterkeren 16 kan være av en hvilken som helst passende art som forsterker de svake elektriske signaler som frem-skaffes av det piezoelektriske element. Forsterkeren 16 skaffer også en tilpasset belastning til utgangen fra transduserelementet 15. Det forsterkede signal har forbindelse med kabelen 14. The amplifier 16 may be of any suitable type which amplifies the weak electrical signals produced by the piezoelectric element. The amplifier 16 also provides an adapted load to the output of the transducer element 15. The amplified signal is connected to the cable 14.

Mikrofonen omfatter en fjær 20 som utgjøres av en skrueviklet trykkfjær som virker som en beskyttende anordning som omgir den piezoelektriske transduser 15, og isolerer den fra kraftige mekaniske støt for å beskytte transduseren 15 mot skade. The microphone comprises a spring 20 which is constituted by a helically wound pressure spring which acts as a protective device surrounding the piezoelectric transducer 15, isolating it from strong mechanical shocks to protect the transducer 15 from damage.

Fjæren 20 kan føres inn i en åpning 11A i huset 11, og blir fastholdt der av fjærkraften mot en innervegg i huset 11. Transduseren 15 og fjæren 20 strekker seg begge ut fra huset 11 gjennom åpningen 11A. The spring 20 can be inserted into an opening 11A in the housing 11, and is held there by the spring force against an inner wall in the housing 11. The transducer 15 and the spring 20 both extend out from the housing 11 through the opening 11A.

Elementet 12 er av en halvbløt "potting"-sammensetningThe element 12 is of a semi-soft "potting" composition

med tilstrekkelig ettergivenhet for å passe sammen med brukerens ørekanal, men likevel tilstrekkelig stivhet til å overføre vibrasjoner som mottas fra ørekanalen til transduseren. Elementet 12 har en hovedsakelig sylindrisk form som er innrettet til å passe inn i brukerens ytre hørekanal i øret, og berører kanalveggene. Elementet 12 strekker seg inn i åpningen 11A og omslutter transduseren 15 både i huset 11 og ved forlengelsen ut av huset 11. with sufficient compliance to conform to the user's ear canal, yet sufficient stiffness to transmit vibrations received from the ear canal to the transducer. The element 12 has a substantially cylindrical shape which is adapted to fit into the user's external auditory canal in the ear, and touches the canal walls. The element 12 extends into the opening 11A and encloses the transducer 15 both in the housing 11 and when extending out of the housing 11.

En "potting"-sammensetning som er funnet brukbar er silast-isk E RTV (vulkanisering ved værelsestemperatur) silikon-rubber, fremstilt av Dow Corning Corporation. Dette materiale er en to-komponent støpegummi som herder ved værelsestemperatur. Det har et duro-meter hårdhet, Shore A, på 40 etter herding i 7 dager. Elementet 12 har en hoved sakelig sylindrisk form med en størrelse som er innrettet til å passe trangt, men behagelig inn i brukerens ytre ørekanal. Optimal drift av mikrofonen vil bli re-sultatet når elementet 12 står i intim berøring med brukerens ørekanal. A "potting" composition that has been found useful is silastic E RTV (room temperature vulcanization) silicone rubber, manufactured by Dow Corning Corporation. This material is a two-component molding rubber that hardens at room temperature. It has a duro-meter hardness, Shore A, of 40 after curing for 7 days. The element 12 has a generally cylindrical shape with a size that is designed to fit snugly but comfortably into the user's outer ear canal. Optimal operation of the microphone will be the result when the element 12 is in intimate contact with the user's ear canal.

Slik det fremgår av figur 3, har et bimorft piezoelektrisk transduserelement 15 av "bender-mode"-typen et rek-tangulært tverrsnitt. Sidene 15A og 15B utgjør de lange sider av det rektangulære tverrsnitt, mens sidene 15C og 15D utgjør kortsidene av samme tverrsnitt. Transduseren er mest følsom overfor bibrasjoner vinkelrett i forhold til flatene 15A og 15B, idet disse vibrasjoner overføres benstrukturen av ørekanalen gjennom elementet 12. Vibrasjoner som oppstår i retninger forskjellige fra vinkelrett på overflatene 15A og 15B, og blir mottatt av elementet 12, vil generelt innbefatte vektorkomponenter som er vinkelrett i forhold til sidene 15A og 15B, og derfor blir tilstrekkelig detektert av transduseren 15. Der vil også forekomme en overføring av energiretningen inne i elementet 12, slik at vibrasjoner som opprinnelig ikke har vektorkomponenter vinkelrett i forhold til de langsgående flater 15A og 15B, vil bli oversatt slik at de ikke har slike vinkelrette komponenter. As can be seen from figure 3, a bimorph piezoelectric transducer element 15 of the "bender-mode" type has a recti-tangular cross-section. Sides 15A and 15B form the long sides of the rectangular cross-section, while sides 15C and 15D form the short sides of the same cross-section. The transducer is most sensitive to vibrations perpendicular to surfaces 15A and 15B, as these vibrations are transmitted to the bony structure of the ear canal through element 12. Vibrations occurring in directions other than perpendicular to surfaces 15A and 15B, and received by element 12, will generally include vector components that are perpendicular to the sides 15A and 15B, and are therefore sufficiently detected by the transducer 15. There will also be a transfer of the energy direction inside the element 12, so that vibrations that originally do not have vector components perpendicular to the longitudinal surfaces 15A and 15B, will be translated so that they do not have such perpendicular components.

Dessuten skal det forstås at den piezoelektriske transduser 15 vil i det minste være delvis følsom overfor krefter som er vinkelrette i forhold til overflatene 15C og 15D, selv ved en adskillig redusert følsomhet. Also, it should be understood that the piezoelectric transducer 15 will be at least partially sensitive to forces perpendicular to the surfaces 15C and 15D, even at a much reduced sensitivity.

Under drift vil brukerens stemme bli ledet fra strupen gjennom benene i hodet og til veggene av den ytre hørekanal i øret. Elementet 12 vil i tillegg til å skaffe en ledning av vibrasjonene fra brukerens ørekanal til den piezoelektriske transduser 15, også tjene til dempe luftbårne vibrasjoner. Indre tap i den halvmyke sammensetning av elementet 12 vil bevirke en slik dempning. Dessuten vil sammensteningen av elementet 12, fordi det er During operation, the user's voice will be conducted from the throat through the bones in the head and to the walls of the external auditory canal in the ear. The element 12 will, in addition to providing a line of the vibrations from the user's ear canal to the piezoelectric transducer 15, also serve to dampen airborne vibrations. Internal losses in the semi-soft composition of the element 12 will cause such damping. Also, the composition of element 12 will, because it is

a CMarUA /Q =1finn 11 flfia CMarUA /Q =1find 11 flfi

halvmykt, skaffe en passende mekanisk impedanstilpasning til det menneskelige øre, men samtidig vil det ikke skaffe på langt nær en så god akustisk impedanstilpasning til luft, og følgelig vil luftbåren akustisk energi ik-ke koble seg så godt med den halvbløte sammensetning, eller derfor til det piezoelektriske element 15 som rommes deri. Videre vil huset 11 og lokket 13 blokkere luftbåren akustisk energi i forhold til transduseren 15. Således blir der skaffet en effektiv støykansellering semi-soft, provide a suitable mechanical impedance match to the human ear, but at the same time it will not provide nearly as good an acoustic impedance match to air, and consequently airborne acoustic energy will not couple as well with the semi-soft composition, or therefore to the piezoelectric element 15 contained therein. Furthermore, the housing 11 and the lid 13 will block airborne acoustic energy in relation to the transducer 15. Thus, effective noise cancellation is provided

av omgivende nabostøy.of surrounding neighborhood noise.

Videre vil bruken en myk gummi "potting"-sammensetning, Furthermore, the use of a soft rubber "potting" compound,

som omtalt ovenfor, tillate fullstendig vanntett forsegl-ing av anordningen, samtidig som det piezoelektriske element 15 og forsterkeren 16 blir isolert mot fuktighet som kan foreligge i brukerens øre, eller mot andre forring-ende midler som forekommer i omgivelsene hvor øremikrofonen blir brukt. as discussed above, allow complete waterproof sealing of the device, while at the same time the piezoelectric element 15 and the amplifier 16 are isolated from moisture that may be present in the user's ear, or from other degrading agents that occur in the environment where the ear microphone is used.

Claims

(Changed requirements)

1. Ear microphone, comprising:

An electro-electric transducer,

a rigid housing, as the transducer is partially located in the housing,

and partly extending from the house,

a helically wound compression spring partially located within and supported by the housing, and partially extending outward from the housing and surrounding the transducer,

a semi-soft formation enclosing at least one

portion of the transducer and the spring, the semi-soft composition having a shape adapted for insertion into a user's ear,

in that the composition is designed to provide a better mechanical impedance match to the human ear than to air, thereby reducing the reaction of the transducer in relation to airborne vibrations.

2. Ear microphone as stated in claim 1, characterized in that the semi-soft composition for a cylindrical shape which is designed for insertion into a user's external auditory canal in the ear.

3. Ear microphone as stated in claim 2, characterized in that the electroacoustic transducer comprises a piezoelectric transducer.

4. Ear microphone as stated in claim 3, characterized in that the piezoelectric transducer comprises a bimorph piezoelectric transducer.

5. Ear microphone as stated in claim 4, characterized in that the bimorph piezoelectric transducer comprises a piezoelectric transducer of the "bender-mode" type.

6. Ear microphone as stated in claim 5, characterized in that the transducer has a rectangular parallelepiped shape with a longitudinal axis that is in line with a longitudinal axis of the cylindrical shape of the composition, and further includes long surfaces and short surfaces, while the transducer is sensitive to forces on at least the aforementioned long surfaces.

7. Ear microphone as stated in claim 1, characterized in that the semi-soft composition comprises a silicone rubber "potting" composition.

8. Apparatus as stated in claim 1, characterized in that it comprises an amplifier which is placed in the housing.